淺談自動化與水泥干混技術

鄭國紅

摘 要：進入九十年代以后，計算機技術突飛猛進，更多新的技術被應用到了工業生產中，以網絡技術、計算機及其支持軟件為基礎，對生產過程的物質流和管理過程的信息流進行有效地控制及協調，以實現生產過程自動化和管理信息自動化。由于市場的需要，固井技術的要求在逐年提高，越來越多的使用復雜配方水泥漿體系，油井水泥干混因其流動性差，需借助氣力輸送來增加動能，如何在固井前將水泥與這些添加劑或外摻料均勻混拌在一起，保證固井質量或解決固井難題，保護作業環境，就成為了保證固井質量的一個重要前提。2015年3月，公司改建了計算機遠程控制自動化干混裝置，其流程管匯、操作控制、混拌原理、氣源輸送、除塵等系統各項性能應用在工作中，是固井工程生產與服務中不可缺少的一個重要部分。

關鍵詞：油井水泥 ; 水泥配料 ; 混拌原理;? 控制系統? ;干混裝置 ; 計算機遠程控制

1、水泥廠干混裝置應用了DCS系統和PLC系統。DCS系統即集散控制系統（Distributed control system），其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、實現優化控制，整個裝置對常規儀表分散監控和計算機集中監控的優點，既實現了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現了在功能、負荷和危險性三方面的分散。DCS系統在現代化生產過程控制中起著重要的作用，是生產行業最普及的自動化控制系統，是工業自動化實現的重要工具。PLC（Program Logic Control ）可編程邏輯控制器。是一種針對順序邏輯控制發展起來的電子設備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯。已經具備了模擬量的控制功能，實現了一切我們可能使用的工藝聯鎖和設備的聯動啟停。

2、干混裝置按混拌原理可以分為儲存系統、混拌系統、散化系統三個核心系統，以及供氣系統、除塵系統、控制系統、工藝流程系統四個輔助系統。

2.1混拌系統的原理是比例進料、定量加料，層鋪進料，多級稀釋，批量混拌，對管道混合器及自動化控制要求較高;其優點是成品混拌不會出現大的不均勻度;混拌系統是由三只混拌罐和一只計量罐和一只藥混罐組成，計量罐和藥混罐用于稀釋小量的添加劑。混拌罐內的氣化床、阻流板以及混拌罐間的管道混合器用于改變散料的動能或流動方向，通過移動、剪切、擴散等多種作用達到混合均勻的目的。

2.2儲存系統是采用密閉的專用罐，儲存油井水泥和散料，另一種是使用庫房存放袋裝的物料。 罐內設氣化床，用于氣化散料，增加動能，以便增加散料的流動性。 氣化部件是氣化床、氣化床為可拆卸式，有較好的氣化效果，便于維護。

2.3散化系統采用人工破袋為主，通過振動篩散化，使用較為先進的正壓和負壓相結合的除塵方式，大大降低粉塵污染，除塵效果較好。

2.4供氣系統是該裝置的動力所在，提供動力，控制氣源。采用固定式螺桿空氣壓縮機和吸附式干燥機。

2.5除塵系統采用的是復合式除塵系統，承壓高、便于維護，集降壓、旋風、布袋除塵于一體，除塵效果良好。

2.6工藝流程是散料流動的通道，采用的是專用管線，干混裝置的物料儲存罐由氣管線、放空管線、物料輸送管線等相連接，各混拌罐及供氣管線上安裝與其相匹配的壓力表和安全閥。由于介質的特殊性，閥門，管線及時更換，壓力表定期檢測，安全閥定期校驗，大大提高了流程的耐用性。

2.7控制系統是該套裝置的操作中心，計量全部采用數字化電子稱，在罐體的底部支點部位全部加裝電子稱，采用電子傳感系統，抗干擾能力強，而且體積小，使計量精度得到有效的提高。該系統采用了遠程控制技術，將信號集中輸送到控制室，采用人工手動控制臺或計算機輔助系統。控制室是生產的指揮中心，與傳統的生產組織管理方式相比，發生了很大的變化，控制臺全部是數字顯示，清晰準確，而且隨時可以轉換為鼠標控制，在電腦顯示屏上點擊各個氣動閥門。

3、在干混過程中， 要求各物料之間按一定的比例和重量進行配料， 現在所用的原料一般都是粉煤灰，微硅，減輕劑，外加劑等構成。水泥投料控制系統由控制器、氣動電動閥、電子振動料斗等設備組成。干混工藝過程是幾種原料經過電子振動料斗進入地罐，輸送到計量罐，對它們的計量誤差要小，控制精度要高。開關量設備主要有控制電磁閥、繼電器、指示燈、報警器等只具有開、關兩種狀態的設備。

過程控制由現場儀表（如各種傳感器、變送器等）送來的各種過程信號進行實時的數據采集、濾除噪聲信號、在過程控制層根據生產要求還要進行各種閉環反饋控制、批量控制與順序控制等，并可接受控制室發來的手動操作命令進行手動控制，從而實現對生產過程的直接調節控制功能。物料輸入輸出，數量隨之增加或減少。在投料輸送計量罐中，計量罐儀表沒有數值增加顯示，則物料輸送受到阻礙;罐體充氣控制室內壓力表數值沒有變化，則儀表有故障;燈檢測顯示黃色，則控制按鈕正常;閥急閉檢測所有閥門是關閉狀態，電源，手自動切換，引風機除塵器，壓風機，干燥機，藥反吹，批反吹，數據顯示屏按鈕，顯示了干混自動化裝置優勢。有較好的控制和管理能力，提高了設備的利用效率，大大提升了混拌合格率，節省了人力，有效防止事故的發生，統一了管理標準。

由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現，系統結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現故障不會導致系統其它功能的喪失。我們采用了兩臺計算機，在混拌輸送物料中，儀表數據顯示沒有同步，另外一臺計算機上做數據錄入，易于維護，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排除故障。混拌中有一個繼電器壞了，當時換上新的，卻不用停工。

總之，隨著技術的進步，在未來，工業過程控制系統中，工業控制軟件將向標準化、網絡化、智能化、開放性發展。今后的控制系統將會是更加智能化、開放性、網絡化、信息化控制系統。同時，油井水泥干混裝置也在不斷更新，正在向更加環保，系統更加完善，功能更加多樣的方向發展，更好的為固井工程服務。

參考文獻：

[1]油井水泥與外加劑（外摻料）干混作業與氣力輸送規程? SY/6394-2009

[2]劉崇建，黃柏宗，徐同臺等.油氣井注水泥理論與應[M].北京 .石油工業出版社 ，2001.1

[3]劉瑞岐，李開菊，張宏軍.氣力輸送技術在海洋石油工程船中的應用 [J] . 石油鉆探技術，2003，? ?31 （ 4 ） ： 39 40.

[4]朱軍，牛文錄，李維義 油井水泥外加劑干混裝置和密閉加藥裝置的設計與使用 [JJ. 石油礦楊機械，1995 ， 4 （ 2 ） ： 22 26.